表观遗传机制,如组蛋白翻译后修饰,能够可遗传地调控大多数与细胞生命进程相关基因的表达。外界环境对细胞的刺激,会改变细胞内组蛋白翻译后修饰,引起染色质结构变化,从而影响基因的表达。砷化合物(三氧化二砷)是一类公认的致癌物,也是饮用水的主要污染物之一,三氧化二砷引起的饮用水污染是世界性环境问题。而另一方面,三氧化二砷还是临床治疗急性早幼粒细胞性白血病(APL)最有效的药物之一,但如何降低三氧化二砷对人体的毒副作用一直是一个难题。越来越多的证据表明砷化合物介导的表观遗传调控与其毒理和药理作用密切相关。有文章报道,三氧化二砷能够引起UROtsa细胞内组蛋白H4K16位赖氨酸乙酰化(H4K16ac)水平下降,但此过程中三氧化二砷的具体作用机制还不明确,其是否作用于催化H4K16ac的组蛋白乙酰转移酶h MOF(MYST1/KAT8,human male absent on first)还不为人所知。本论文对这一机制进行了深入研究,通过一系列生化实验及敲低/过表达h MOF的细胞实验,证实三氧化二砷调控的细胞内H4K16ac水平下降,很大程度是由于砷原子与组蛋白乙酰转移酶(HAT)h MOF之间的直接结合所导致的h MOF酶活性缺失造成的。本论文的实验结果表明,三氧化二砷处理He La细胞或HEK293T细胞24、48和72h,均能观察到组蛋白H4K16ac水平随三氧化二砷浓度的升高而降低,而组h MOF的转录和表达水平并未发生明显变化。本文通过体外组蛋白乙酰转移酶活性检测(HAT assay)证明,三氧化二砷直接抑制了h MOF的酶活性。为了探明二者的相互作用机制,我们用氨基苯基氧化砷(PAPAO)与琼脂糖凝胶树脂交联,构建出As-亲和树脂(As-activated agarose),利用As-亲和沉淀实验证明砷原子能直接结合h MOF。同时,采用MAIDI-TOF质谱检测和紫外光谱吸收实验证明,砷原子直接结合在h MOF锌指结构的C2HC部位。细胞实验表明,过表达h MOF不仅降低了三氧化二砷对HEK293T细胞的毒性,同时还有效地逆转了三氧化二砷引起的细胞内H4K16ac水平降低。而且在He La细胞中敲低h MOF,可以增加三氧化二砷引起的细胞坏死和凋亡。实验证明,三氧化二砷能够上调HEK293T细胞中去乙酰转移酶HDAC4的表达,但用si RNA敲低HDAC4并不影响H4K16ac的乙酰化水平,也无法抑制三氧化二砷导致的H4K16ac水平下降,这些结果表明HDAC4可能不直接参与组蛋白H4K16的乙酰化。通过在HEK293T细胞中的染色质免疫沉淀(CHIP)检测,我们证实三氧化二砷可以阻断h MOF在HDAC4转录起始区域(-1890、-476和+588 kb位点)的募集,并上调HDAC4的转录和表达。综上所述:本文首次证明三氧化二砷直接结合在组蛋白乙酰转移酶h MOF锌指结构的C2HC部位,抑制h MOF的乙酰转移酶活性,从而下调细胞内H4K16ac水平,并导致HDAC4表达水平升高。同时,h MOF催化的组蛋白H4K16ac修饰,能够提高人体细胞对三氧化二砷毒性的抵抗力。本文关于三氧化二砷对h MOF以及H4K16乙酰化修饰的表观遗传调控机制的研究,为今后阐明砷化合物的毒理和药理作用机理提供了新的研究方向。